Su arıtma kalıntılarının önlenmesi, arıtılması, bertarafı ve deşarjının iyileştirilmesi için arıtma tesislerinde çeşitli kontrol teknolojileri ve işletme pratikleri uygulanılmaktadır. Bunlar su arıtma tesisinin standartlara uymasına, su kalitesini artırmasına, arıtma tesisi sistem işletme maliyetlerinin azaltılmasına ve enerji tasarrufu sağlanmasına destek olur.
Su arıtma tesislerinde kirlilik önleme (ör: proses değişikliği) ve atık azatlımı (ör: kaynak geri kazanımı) seçenekleri kalıntı yönetimindeki ilk adımlardır ve kalıntı oluşumunun azaltılması hedeflenir. Koagülant kullanımını azaltmak için giriş suyu şartlarını, filtre malzemesini ve pH’ı optimize etmek, su kaynağında sertlik değerini izleyerek yumuşatıcı kullanımını azaltmak, geri yıkama suyunu ve filtreden atığa suyunu tekrar kullanmak için arıtma tesisinin başına döndürmek, çöktürücülü yumuşatma kimyasallarını yeniden kullanmak, arıtma kimyasallarını, koagülantları ve tuzları geri kazanmak atık miktarını azaltır ve kalıntı yönetimine destek olur.
Su arıtma tesislerinde kaçınılmaz olarak meydana gelen kalıntılar araziye boşaltma, bertaraf ve deşarj gibi son atık yönetim tekniklerinin uygulanmasından önce su arıtma tesislerinde arıtılabilir. Su arıtma tesislerinde oluşan kalıntıların yönetimi için arıtma seçenekleri aşağıda verilmiştir;
Katı maddeleri uzaklaştırma sistemlerinde başlıca hedef, katı madde içeriğini artırırken su hacmini azaltmaktır. Yeterli katı madde yüzdesi; mevcutta uygulanan işlem, taşıma ve bertaraf seçeneklerine bağlıdır. Yoğunlaştırma ve susuzlaştırma genellikle bu amaç için kullanılır. Yoğunlaştırmanın amacı, kalıntı içerisindeki katı madde miktarını artırmaktır. İlk yatırım ve işletme masraflarını azaltmak açısından yoğunlaştırma önemli bir yere sahiptir. En çok kullanılan yoğunlaştırma teknolojileri çöktürücüler, çözünmüş hava yüzdürücüleri ve belt yoğunlaştırıcılarıdır.
Çöktürücülerde, tasarlanmış olan bekleme süresi içinde katı maddeler yerçekimi vasıtasıyla sudan ayrıştırılır (yoğunlaştırılır). Yüzdürerek yoğunlaştırma teknolojileri arasında en çok kullanılan ‘çözünmüş hava yüzdürücüleri’nde, yüzen madde yoğunlaştırılmış katı maddelerdir ve yüzeyden sıyrılarak alınır. Su arıtma tesisinde yeterli alan yoksa veya çöktürücü veya yüzdürücü yeterli katı madde yoğunluğunu sağlamıyorsa, alternatif olarak belt yoğunlaştırıcı kullanılabilir. Bunlar basit tasarımlardır ve az sayıda operatör gerektirir ama farklı bir kalıntı (yıkama suyu) oluşturur ve genellikle katı madde şartlandırıcısı ve bakım gerektirir. Yoğunlaştırma işleminden alınan maddeler geri dönüştürülür veya deşarj eldir. Yoğunlaştırma işlemini, bir sonraki katı madde / su ayrıştırma işlemi olan mekanik susuzlaştırma takip eder.
Mekanik susuzlaştırma, hacimde ilave bir azaltım elde etmek ve katı maddenin yoğunluğunu artırmak için kullanılır. Su kaynağı, alan ve diğer şartlar tesisten tesise farklılık gösterdiği için tesisin kendine has gerekliliklerine en uygun olan mekanik susuzlaştırma ekipmanını seçmek amacıyla sistemler, ihtiyaçlar ve kısıtlar etraflı bir şekilde değerlendirmeye alınmalıdır. Doğru ekipmanı seçmek, en uygun performansı sağlayacaktır. Beltpres filtreler, plakalı pres filtreler, çerçeveli pres filtreler ve santrifüj en çok kullanılan mekanik susuzlaştırma ekipmanlarıdır. Bütün mekanik susuzlaştırma sistemleri öncesinde şartlandırma gereklidir. Susuzlaştırma işleminde mekanik kuvvetler uygulanır, böylece, çamurun özelliğine göre bir miktar su çamurdan ayrılır. Her bir mekanik susuzlaştırma donanımında farklı şekilde kuvvet uygulanır. Bu nedenle, oluşan kek kurulukları farklılık gösterir. Bu teknik sistemler yüksek seviyede operatör gözetimi ve eğitimi gerektirir. Küçük tesisler için genellikle uygun maliyetli değildir.
Beltpres filtrelerde katı maddeler pompa yardımıyla yükleme kutusuna aktarılır ve atmosfer basıncı altında susuzlaştırma yüzeyine dağıtılır. Su gözeneklerden süzülürken ince bir katman halinde çamur keki oluşur ve bu kek yükleme bölgesine ve basınç bölgesine aktarılır.
Basınçlı filtrelerde (plaka ve çerçeveli filtreler, diyafram filtreler) çamur, filtre plakaları arasına yüksek basınç altında pompalanır ve bu plakalar arasında katı maddeler kalır, sıvı ayrışır.
Santrifüj susuzlaştırma, katı maddenin sıvıdan ayrıştırılması amacıyla merkezkaç kuvvetlerinin uygulandığı bir prosestir. Santrifüjler tamamıyla kapalı bir sistem olması, kesintisiz çalışması, nispeten kolay işletilebilmesi, veriminin ve oluşan kekteki katı madde miktarının yüksek olması, katı madde tutma kapasitesinin yüksek olması, derli toplu olması ve az yer tutması gibi avantajlara sahiptir.
Çamur toplanıp yoğunlaştırıldıktan sonra mekanik olmayan susuzlaştırma yöntemleriyle daha da yoğunlaştırılabilir veya susuzlaştırılabilir. Araziye serme, kum yataklarının üzerinde kurutmaya bırakılma, doğal veya suni dondurma ve çözdürme (fiziksel yöntemi) işlemi ve kimyasal şartlandırma tipik mekanik olmayan çamur susuzlaştırma yöntemleridir.
Kalıntılar araziye serilir veya depolama havuzlarında yayılarak açık havaya maruz bırakılır. Burada buharlaşma yoluyla kuruması sağlanır. Bu yöntemin uygulanması; yeterli arazi bulunmasına, buharlaşma hızına ve yeraltı suyu bulunmamasına bağlıdır.
Çamur kurutma yatakları araziye serme işleminin gelişmiş halidir. Çamurun serildiği yatak, altında drenaj sistemi yer alan geçirgen bir yapıya sahiptir. Bu yöntemin seçimi iklime ve arazinin yeterli olup olmamasına bağlıdır. Uygulamanın mümkün olduğu yerlerde çamur kurutma yatakları işe yarar ve nispeten ucuz bir kalıntı susuzlaştırma yöntemidir. Kum yatakları (cazibeli drenaj + buharlaşma), donduruculu kum yatakları (doğal olarak ya da mekanik yollarla önce dondurulur, daha sonra çözdürülür-daha çok alum kalıntılarında kullanılır), emme sistemleri (kurutma sürecini hızlandırmak amacıyla basınç uygulamak) ve güneşte kurutma yatakları (iklim uygunsa); termal olmayan kurutma yatakları teknolojileridir. Termal kurutma teknolojileri çoğunlukla patojen kontrolü, koku kontrolü ve depolama ile ilgili problemleri çözmek amacıyla kullanılır. Kullanımı çok azdır.
Koagülant çamuru genellikle katı madde ayrıştırma sistemi gerektirir. Çoğunlukla yüzde 0.5 - 2 arası katı madde miktarına sahiptir. Koagülant çamurunda toplam askıda katı madde konsantrasyonuna bağlı olarak yüksek yüzdelerde jel halinde hidroksit çökeltileri bulunabilir. Yumuşatma çamurlarının koagülant çamurlarına oranla susuzlaştırılması kolaydır ve daha yoğundur. Yumuşatma çamurları genellikle yoğun ve kararlıdır ve inert maddelerden oluşur
Tablo 8.1. Katı Madde Ayırma Teknolojilerinin Karşılaştırması: Arıtma Sonrası Kalıntı Cinsinden Katı Madde Konsantrasyonu
| Katı Madde Ayırma Tesisi | Kireçle Yumuşatma Kalıntılarında Arıtma Sonrası Katı Madde Konsantrasyonları | Koagülant Kalıntılarında Arıtma Sonrası Katı Madde Konsantrasyonları |
|---|---|---|
| Yoğunlaştırıcı | ||
| Çöktürücü | %15–30 |
%1–3 (düşük TÇM) %5–30 (yüksek TÇM) |
| Yüzdürerek yoğunlaştırma | - | %2–4 |
| Cazibeli belt | - | %2.5–4.5 |
| Mekanik Susuzlaştırma | ||
| Skrol Santrifüj | %55–65 | %20–30 |
| Beltpres Filtre | %50–60 |
%1 –20 (Alum) %4–5 (Alum, TÇM) |
| Plaka (veya Basınçlı) Filtre | %55–70 | %35–45 |
| Diyafram Filtre | %50–70 | %30–60(Kireç Şartlandırma ile Alum) |
| Mekanik Olmayan Susuzlaştırma | ||
| Depolama Havuzları | %50–60 | %7–15 |
| Kum Yatakları | %50 | %20–25 |
Kaynak: U.S. EPA, ASCE, and AWWA, 1996.
Kimyasal çökeltme, çöktürücü reaksiyon maddelerinin ilavesi yapılarak kalıntılar içerisinde bulunan çözünmüş metallerin uzaklaştırılması için kullanılır. Bu arıtma tipi iyon değişimi ve membran tuzsuzlaştırma konsantrelerinde meydana gelen sıvı atıklara uygulanır. Çöktürücü madde olarak çoğunlukla hidroksit kullanılır. Hidroksit iyonları ile reaksiyona girmesi için kireç, sönmemiş kireç, sodyum karbonat veya kostik soda eklenebilir. Kalıntılar içerisinde bulunan metallere bağlı olarak sülfit ve demir tuzları da eklenebilir. Kimyasal çökeltme işlemi genellikle kalıntılardan alüminyum, antimon, arsenik, kadmiyum, krom, bakır, demir, kurşun, cıva, selenyum, gümüş, talyum veya çinko ayrıştırılmasında kullanılır.
Biyolojik oksijen ihtiyacını kontrol altına almak ve çözünmüş oksijen seviyelerini artırmak amacıyla deşarj öncesi kalıntılara genellikle oksijen ilavesi yapılır.
Dezenfeksiyon sonrasında, sucul yaşama toksik olan serbest ve toplam klor kalıntısına rastlanabilir. Sülfür dioksit, sodyum sülfit, sodyum bisülfit, sodyum metabisülfit ve sodyum trisülfat gibi sülfür kimyasallarının eklenmesi ile klor giderimi yapılarak kalıntı klor uzaklaştırılır.
Arıtma performansını artırmak amacıyla arıtma işlemleri sırasında eklenen kimyasallar kaynaktan getirilen suyun pH’ını değiştirir. pH’ı 6-9 arasında ayarlamak için asit veya baz eklenir.
